La fotosintesi è un importante percorso biochimico che prevede la produzione di zucchero (glucosio) dalla luce, acqua e anidride carbonica e il rilascio di ossigeno. È una serie di complesse reazioni biochimiche e si verifica nelle piante superiori, nelle alghe, in alcuni batteri e in alcuni fotoautotrofi. Quasi ogni vita dipende da questo processo. Il tasso di fotosintesi è correlato alla concentrazione di anidride carbonica, temperatura e intensità della luce. Prende energia dai fotoni assorbiti e utilizza l'acqua come agente riducente.
Fotosintesi in passato
Con l'avvento della vita sulla Terra, è iniziato il processo di fotosintesi. Poiché la concentrazione di ossigeno era trascurabile, la prima fotosintesi avveniva usando acido solfidrico e acido organico nell'acqua di mare. Tuttavia, il livello di questi materiali non è stato sufficiente per continuare a lungo la fotosintesi e quindi la fotosintesi si è evoluta utilizzando l'acqua. Questo tipo di fotosintesi usando l'acqua ha provocato la liberazione di ossigeno. Di conseguenza, la concentrazione di ossigeno nell'atmosfera ha iniziato ad aumentare. Questo ciclo infinito ha reso la Terra ricca di ossigeno che potrebbe supportare l'attuale ecosistema dipendente dall'ossigeno.
Ruolo dell'acqua nella fotosintesi
A un livello fondamentale, l'acqua fornisce elettroni per sostituire quelli rimossi dalla clorofilla nel fotosistema II. Inoltre, l'acqua produce ossigeno e riduce NADP a NADPH (richiesto nel ciclo di Calvin) liberando ioni H +. Acqua come fornitore di ossigeno
Durante il processo di fotosintesi, sei molecole di biossido di carbonio e sei le molecole di acqua reagiscono in presenza della luce solare per formare una molecola di glucosio e sei molecole di ossigeno. Il ruolo dell'acqua è di rilasciare ossigeno (O) dalla molecola d'acqua nell'atmosfera sotto forma di ossigeno gassoso (O2). Acqua come alimentatore di elettroni
L'acqua ha anche un altro ruolo importante nell'essere un alimentatore di elettroni. Nel processo di fotosintesi, l'acqua fornisce l'elettrone che lega l'atomo di idrogeno (di una molecola d'acqua) al carbonio (di anidride carbonica) per dare zucchero (glucosio). Fotolisi dell'acqua
L'acqua agisce come un agente riducente fornendo ioni H + che convertono NADP in NADPH. Poiché NADPH è un importante agente riducente presente nei cloroplasti, la sua produzione provoca un deficit di elettroni, derivante dall'ossidazione della clorofilla. Questa perdita di elettroni deve essere soddisfatta dagli elettroni di altri agenti riducenti. Il fotosistema II prevede i primi passi dello schema Z (il diagramma della catena di trasporto degli elettroni nella fotosintesi) e pertanto è necessario un agente riducente in grado di donare elettroni per ossidare la clorofilla, che viene fornita dall'acqua (fungendo da fonte di elettroni nelle piante verdi e nei cianobatteri). Gli ioni idrogeno così rilasciati creano un potenziale chimico (chemiosmotico) attraverso la membrana che alla fine porta alla sintesi di ATP. Il fotosistema II è il principale enzima noto che funge da catalizzatore in questa ossidazione dell'acqua.
